Mechanisms of reduced chloride homeostasis in the human epileptogenic neocortex
Final Report Abstract
Die Aufrechterhaltung eines niedrigen intracellulären Chloridspiegels ist essentiell für die neuronale Funktion, weil nur dann ein Chlorideinstrom entlang des entstehenden Gefälles und damit eine ausreichende neuronale Hemmung sichergestellt ist. Störungen dieses Spiegels könnten bei Erkrankungen des zentralen Nervensystems, die mit einer gesteigerten Erregbarkeit einhergehen, ursächlich sein oder deren Aufrechterhaltung begünstigen. Unser Antrag zielte ausgehend vom Befund der gestörten Chloridhomöostase in Resektatgewebe aus dem Temporallappen von Patienten mit pharmakoresistenter Epilepsie auf die Klärung der räumlichen Verteilung und der zugrundeliegenden molekularen Veränderungen. Dabei handelt es sich wahrscheinlich um subtile Veränderungen eines Gleichgewichts, dem die Tendenz zur Chloridakkumulation innewohnt; schließlich verbringen die meisten Patienten mit Epilepsie einen Großteil ihres Lebens ohne Anfälle. In der Antragslaufzeit untersuchten wir Hirnschnitte aus der Hirnrinde von 46 Patienten mit bildgebenden, elektrophysiologischen und molekularbiologischen Methoden. Unsere Ergebnisse erhärteten den Verdacht der leicht gestörten Cl-Extrusion, hauptsächlich über eine Minderfunktion des Kalium/Chlorid Symporters KCC2. Aussagen über die räumliche Verteilung der Störungen sind uns nur indirekt möglich, da eine direkte Messung intrazellulärer Chloridkonzentration und -akkumulation wegen der ausgeprägten Autofluoreszenz im humanen Hirngewebe bisher nicht gelang. An extrazellulären Ableitungen mit vielen Elektroden zeigt sich, dass KCC2 das Auftreten von Anfallsäquivalenten und deren schnelle Ausbreitung und Synchronisation verhindert. Trotz vielversprechender Anfangserfolge ist es uns nicht gelungen, menschliche Hirnschnitte über eine längere Zeit funktionell intakt zu halten. Daher nutzten wir auf der Suche nach Ursachen der vermuteten zeitlich begrenzten Störung der Regulation von KCC2 Hirnschnitte aus Ratten und fanden über die Untersuchung des in der Transplantationsmedizin gebrauchten Calcineurininhibitors CyclopsporinA eine neue Rolle für Calcineurin in der Kontrolle des intrazellulären Chloridspiegels. Besonders kritisch könnte sich eine eingeschränkte Chloridextrusionskapazität in Situationen der akuten Chloridbeladung auswirken. Wir erweiterten unsere Untersuchungen um Möglichkeiten des zeitweise gesteigerten neuronalen Chlorideinstromes. Hierzu leiteten wir Ströme durch einzelne GABAA Rezeptor Chloridkanäle ab, was uns perspektivisch in die Lage versetzt, erstmalig Eigenschaften humaner inhibitorischer Einzelkanäle zu beschreiben. Der inhibitorische Neurotransmitter GABA wird von Interneuronen freigesetzt, die im humanen Neocortex nur unzureichend charakterisiert sind. Unsere multimodalen Daten aus humanen Interneuronen leisten einen Beitrag zum Verständnis interneuronaler kortikaler Netzwerke und dienen als Grundlage für weitere Untersuchungen zu möglichen dysfunktionalen interneuronal vermittelten Chloridüberladungen von Zielzellen und deren mögliche Beeinflussung durch bekannte (Lamotrigin) oder neu zu entwickelnde Antiepileptika.
Publications
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The anticonvulsant lamotrigine enhances Ih in layer 2/3 neocortical pyramidal neurons of patients with pharmacoresistant epilepsy. Neuropharmacology. 2019 Jan;144:58-69
Lehnhoff J, Strauss U, Wierschke S, Grosser S, Pollali E, Schneider UC, Holtkamp M, Dehnicke C, Deisz RA
